近距离煤层采空区下工作面矿压显现与覆岩移动规律研究

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我国近距离煤层群分布广泛,一般煤田的可采煤层从单层到数十层,煤层间的岩层厚度从零点几米到上百米不等,国内煤层群的开采方法以下行开采为主,随着开采强度的增大,越来越多的矿区开始开采下部煤层。当两煤层间距较小时,上煤层开采形成的采空区必然会对下煤层工作面造成显著影响,导致下煤层工作面顶板管理困难,矿压显现规律异常,且可能引发上煤层采空区内水、沙、瓦斯等涌入下煤层工作面造成涌水溃沙、瓦斯突出等问题,极大地威胁人员和设备的安全,制约了矿井的安全高效生产。众所周知,上述问题均与工作面顶板岩层移动密切相关,掌握近距离煤层采空区下工作面覆岩移动规律是解决此类问题的基础。基于此,本文在原有岩层移动理论的基础上建立承载层理论,提出了承载层的概念和主承载层的判定方法,推导了考虑上煤层底板破坏深度时承载层岩层的断裂步距计算公式。分析了承载层断裂垮落过程对下煤层工作面矿压显现规律的影响。结果表明:承载层的断裂形式和运动特征对采空区下煤层工作面的矿压显现和地表移动规律起决定性作用;承载层分层断裂引起的强度和影响范围各异的顶板来压在工作面叠加出现,导致工作面来压规律混乱;采空区下工作面地表移动参数和常规工作面有较大的差异性。利用承载层理论,考虑承载层厚度和下煤层工作面采高等因素将煤层群分为极近距离煤层,近距离煤层,非近距离煤层三类,分别介绍了这三类煤层顶板断裂破坏规律。着重分析了近距离煤层承载层的断裂垮落过程及其对下煤层工作面矿压显现规律的影响,及其地表移动规律不同于常规工作面的形成机理。最后以柠条塔煤矿N1200工作面开采工程项目为背景,通过工程实例结合数值模拟分析,验证了分析结果的合理性,说明该理论有广泛的使用范围。
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